Квантовая физика помогла придумать способ борьбы с лекарственной устойчивостью

Исследователи из Кейсовского университета Западного резервного района на основе принципов квантового контроля разработали математический алгоритм, который можно использовать, чтобы ускорить разработку терапии резистентных к лекарствам бактерий и опухолей. О своей разработке ученые рассказали в журнале Nature Physics.

Когда бактерии или раковые клетки подвергаются действию лекарственных препаратов, они начинают эволюционировать — внутри клеток происходят мутации, которые увеличивают их устойчивость к лекарственным веществам. В конце концов такие клетки начинают доминировать в популяции, так как остальные их сородичи вымирают. Однако, такие мутации могут быть палкой о двух концах. Например, мутация, вызывающая резистентность к одному препарату, может вызвать крайнюю восприимчивость к другому. Это называется коллатеральной чувствительностью.

Это значит, что для уничтожения таких бактерий или раковых клеток можно использовать терапию двумя препаратами. Для этого сначала нужно ввести одно лекарственное средство и дождаться, когда у почти всей популяции бактерий выработается к нему устойчивость. Одновременно с этим у них появится сильная восприимчивость к другому соединению, которое на втором этапе терапии убьет патологичные клетки.

Однако первая стадия этого процесса довольно медленная — мутации происходят в случайном порядке и требуется довольно много времени для того, чтобы мутировавшие клетки заняли большую часть опухоли или бактериальной популяции. Теперь авторы нового исследования нашли способ ускорить этот процесс. Для этого они использовали принципы квантовой физики, а именно — случайность некоторых квантовых явлений.

По словам исследователей, мутация — тоже случайный процесс, как и многие квантовые события. Однако эта проблема в физике сегодня уже решается с помощью квантового контроля. Основываясь на проведенных ранее физических работах, ученые смогли создать математический алгоритм, чтобы рассчитать механизм лекарственного вмешательства для ускорения процесса мутации. В результате своей работы программа показывает оптимальный путь изменения дозировок или лекарств, который позволит быстрее всего развить у раковых клеток или бактерий устойчивость к целевому препарату.

Авторы продемонстрировали работу своего алгоритма, смоделировав эволюцию живых клеток на основе экспериментальных данных более раннего исследования. В результате ученые показали, что такой подход позволяет ускорить направленную эволюцию клеток и позволяет контролировать их мутации намного лучше всех современных методов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.